[发明专利]一种基于位移传感器的旋转台转轴误差测量与校正方法

说明书

本发明公开了一种基于位移传感器的旋转台转轴误差测量与校正方法。本发明测量方法为：1)将标准件固定于旋转台的旋转面上，并设置N个固定不动的位移传感器；2)控制旋转台转动，进行一次转台旋转以进行校准测量，根据测量记录校准时旋转角为θ时的轴端点位置和校准时旋转角为θ时的位移传感器测量值计算得到相同旋转角度时恒定不变的误差部分f(εsubgt;θ/subgt;)；其中，csubgt;θ/subgt;为旋转角为θ时的校准参数；3)控制旋转台转动，记录各位移传感器的实时测量值然后根据计算得到轴端点位置根据确定转轴误差。

技术领域

本发明涉及旋转台转轴偏差校准方法，尤其涉及一种基于位移传感器的转轴误差测量与校正的方法。

背景技术

旋转台是机械仪器的主要组成部分，为测量、加工、控制等设备提供了旋转运动的功能，在机密机械制造、光学分析、CT成像等领域都有着重要的应用。由于受到机械加工、组装精度、热变形等因素的影响下，旋转台在运动时不可避免地存在着不同程度的转轴偏差，对于机械设备运动精度有着重要的影响。因此转轴偏差的测量，对转台设备的选择以及设备运动误差的分析以及精度的提高都有重要意义。另一方面高精度地测量转台偏差能够用于转台误差的校正。高精度的转台，对机械设计加工、安装以及运行环境都有着严苛的要求，成本高昂难以广泛应用，并且转轴的旋转精度受机械原理的限制提高十分困难。而通过如包括电容传感器，激光干涉位移传感器，百分表等位移传感器高精度地测量转台偏差，并对旋转偏差进行补偿，能够突破机械加工精度的限制，由于目前电容位移传感器以及激光干涉位移传感器的测量精度都能够达到纳米级别，通过这种方法使用较低精度的转台就能实现很高精度的旋转运动。

旋转运动偏差的测量方式主要有两大类：一类是直接测量法，如图1所示这种方法在旋转台上安装标准件(一般为圆柱，圆盘或球等轴对称几何体)，并使用位移传感器测量转台旋转时标准件表面的偏移，可以计算出旋转台的运动偏差。由于所测量得到的偏移包含了标准件的面形以及安装误差，这种方法要求标准件的安装精度以及形状精度要比所需的转台偏差的测量精度要高一个等级。这种方法通常只能达到较低精度，并不适用于高精度的测量。

另一类高精度的旋转位移测量方法为误差分离测量法。这种方法也是通过对旋转台上安装的标准件表面进行测量，与直接测量法一样，这样测量结果会引入标准件的形状误差、安装误差等，影响旋转误差的测量精度，不同的是误差分离测量法使用特殊的传感器放置方式或特殊的测量步骤，根据测量量间的数学关系进行处理，并将标准件引入的形状误差、安装误差与从测量量中分离，从而得到准确的转轴偏差。测量转轴误差的比较常见的方法主要是反转法，如图2(a)所示反转法与直接测量法一样使用位移传感器对标准件进行一次旋转测量，然后再将标准和位移传感器同时旋转180度再进行一次旋转测量，根据两次测量结果可以同时解出转轴偏差以及标准件引入的形状误差、安装误差等误差。此外，误差分离方法还有多步法以及多点法等。然而这些方法都有一定的局限性，反转法和多步法的测量过程都需要将标准件以及位移传感器相对于旋转台进行一次或多次旋转，测量过程复杂，不适合实时在线测量，此外，额外的旋转操作也容易引入旋转角度等额外误差。而多点法通过增加多个测量传感器进行测量，能够进行实时测量，但是其分离算法会存在难以避免的谐波误差。

以上转轴误差测量方法所存在的问题限制了旋转轴误差测量与校正的精度与应用范围。

发明内容

针对现有旋转轴测量校正技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于位移传感器的转轴测量方法，只要对标准件的面形与装配误差进行一次性校准后，就能够实现较为简便地对旋转轴端点偏差进行高精确度的实时测量并用于对转轴的校正。

本发明是通过以下技术方案实现的：